選考生“科學探究與創新意識”素養的現狀

竺麗英 王良民

摘要： 研究以高二化學選考生為例，借助微視頻技術，采用PTA量表法，從問題與假設、優選與設計、操作與實踐、分析與推理、表達與交流等要素，探查學生“科學探究與創新意識”素養的現狀。結果發現，學生在該素養上的整體表現處于中等水平，假設表述不夠科學，用品選擇、方案設計的創新性有待提升，實驗操作不夠嚴謹，推理、結論能力還可加強，多種表達方式的整合設計不夠完美。

關鍵詞： 化學選考生; 科學探究與創新意識; 微視頻; 表現性評價 ? ? 文章編號： 10056629（2019）6002206??????中圖分類號： G6338??????文獻標識碼： B

1?研究背景與問題

科學探究是國際科學教育研究的熱點，也是我國高中化學新課程改革的基本理念之一，早在2003版的高中化學課程標準中，就明確提出要通過以化學實驗為主的多種探究活動，強化學生的科學探究意識，培養創新精神和實踐能力[1]，2017版課標更是將“科學探究與創新意識”列為化學學科核心素養的五大內容之一。高考實行選考改革后，選考生作為一個特殊的群體，今后有更大的幾率從事化學領域相關的工作或研究，其在“科學探究與創新意識”素養上的水平高低將直接影響化學專業人才的培養和化學學科的可持續發展。

然而，由于課堂教學時間、實驗器材等諸多現實條件的限制，教師很少有機會能現場指導和評價學生的科學探究能力與創新意識。微視頻技術是信息技術輔助教學的一種新路徑，在教育領域中除了廣泛應用于教師專業發展的技能培訓和智慧教育的學習資源供給之外[2]，還被用于學生科學實驗能力的表現性評價研究[3]，不僅能清晰記錄、展現整個實驗探究過程，還有助于訓練其信息技術的媒體設計及應用能力。為此，研究嘗試借助微視頻技術，探索評價新高考改革背景下化學選考生在“科學探究與創新意識”素養上的表現水平，為有效提升選考生的化學學科核心素養、因材施教地開展選考、學考的分類教學提供數據支持。

2?研究設計

研究對象選擇

研究以浙江省某中學高二年級的化學選考生為對象，該校學生的學業水平整體處于全省中等偏上。目前該校實行選課走班制，學生在高一下學期期末就確定了高考自選科目，高二上學期開始進入學考、選考的分類走班教學。

評價量表設計

盡管大家在表述“科學探究”時概念內涵稍有差異，但對其主要環節的界定基本一致，一般都包含提出問題、猜想假設、設計方案、實施方案、得出結論、解釋評價、交流討論等。如2017版課標提及的“科學探究與創新意識”素養目標要求學生： 能發現和提出有探究價值的化學問題，能依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結論;能和同學交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進的設想;能尊重事實和證據，破除迷信，反對偽科學;養成獨立思考、敢于質疑和勇于創新的精神[4]。且在對這些環節的評價上，大多采用PTA量表法[5]。為此，研究也嘗試利用PTA量表法，依據科學探究的開展過程，將“科學探究與創新意識”素養分為5個基本要素： 問題與假設、優選與設計、操作與實踐、分析與推理、表達與交流，并根據不同的特征要求，把每個要素分為3個水平。

“問題與假設”要求學生能敏銳地發現有探究價值的化學問題，并根據已有的化學知識和生活經驗，明確研究目的，提出猜想，做出假設和預測，水平劃分依據學生理解問題、表述假設的準確程度?！皟炦x與設計”要求能依據提出的假設，選擇最適宜的實驗藥品和器材，設計最佳路線或方案。將實驗選材的簡便性、方案設計的科學性及新穎性作為水平劃分的標準。“操作與實踐”評價學生是否能根據實驗的要求，完整地開展實驗操作，得到明顯的實驗現象，確保實驗的成功率，水平劃分時依據實驗過程的完整性、操作的規范性、熟練性以及實驗的成功率等?！胺治龊屯评怼币髮W生根據實踐操作得到的事實數據，進行篩選和處理，做出相應的推論，解釋誤差及與預想結果不一致的現象，推理與結論的科學性是評判該要素的重要特征?！氨磉_與交流”考查學生對實驗過程與結果的展示能力，基于微視頻技術的表現性評價主要利用實驗報告和微視頻兩種手段，通過口頭語言、書面文字、動手操作等多種形式，評價學生的實驗表現力，研究根據實驗報告和微視頻的完整性、清晰性、多種展示形式之間的配合性以及視頻所含的技術水平等對其進行等級劃分。

為確保觀察量表的有效性，研究邀請了3位資深的高中化學教師，對量表的基本要素及行為標準進行了細致的評判，修改了部分語言表述，使其更加清晰明確、簡潔精煉，最終形成了“科學探究與創新意識”PTA評分量表，見表1。

微視頻任務設計

酸堿指示劑是中學化學的重要內容，學生在初中就已經知道了室溫下溶液酸堿性的判斷，學會了使用石蕊、酚酞等常見的酸堿指示劑和pH試紙測定溶液的酸堿性。在此基礎上，蘇教版高中化學“化學反應原理”模塊教材專題3第二單元設置了“溶液的酸堿性”，進一步探討了任何溫度下溶液的酸堿性判斷、pH的計算及測定等。

“自制酸堿指示劑”的表現性任務安排在9月中旬的一個周末，作為“溶液酸堿性”單元學習的“先行組織者”。具體要求是： 挑選一種植物，利用家里可以找到的材料，自己制作一種酸堿指示劑，并用其檢驗日常生活中常見物質的酸堿性。學生需借助手機等電子產品記錄整個實驗過程，包括展示選用的植物原料、具體步驟以及最終顯色結果，同時，對微視頻實驗的時間和技術處理也有一定的要求，詳見表2。

微視頻觀察評定

研究共收到實驗微視頻108個，其中，有3個無法播放，視為無效，最終得到有效視頻105個，有效率為972%。研究者先仔細觀看每位學生的實驗視頻和實驗報告，根據制定的PTA量表，進行初步評分，并用代碼記錄結果，如分別用數字1、 2、 3代表三個水平，在“表達與交流”要素，還單獨設置了“美化技術”與“表達方式”兩個欄目，代碼分別為：“1=無美化、2=有美化”，“1=講解和文字兼有、2=講解、3=文字、4=兩者均無”，為后續實驗表現力的深入分析提供基礎，具體見表3。

例如，1號學生選用月季花作為指示劑來源，提出的假設為“月季花可以使不同的溶液變色”，基本理解了需要探究的問題，但表述不夠準確，混淆了實驗現象與研究假設的概念，該要素記為“2”;通過拇指堵住飲料吸管的操作來量取液體，實驗用品簡便易得，而且靈活利用了虹吸原理，非常有創意，在“優選與設計”上記為“3”;用傾析法分離指示劑汁液時采用直接傾倒的方式，沒有借助引流棒，以致部分沉淀混入傾析液中，操作不夠規范，但實驗現象依然明顯，因此，“操作與實踐”要素記為“2”;在“分析與推理”中，只演示了將月季花指示液滴加到白醋、洗潔精等溶液的操作，沒有進一步分析推理，缺少結論，評為“1”;從實驗表現力看，上交的實驗報告內容基本完整，視頻展示清晰，而且由于指示劑浸泡的時間較長，他還進行了剪輯處理，但非常遺憾的是他在整個實驗過程中都沒有語言講解，只是在用品介紹等環節加了字幕說明，為此，在“表達與交流”維度只能評為“2”，“美化技術”評為“2”，“表達方式”評為“3”。

為確保視頻分析的信度，兩周之后，研究對所有實驗視頻進行再次評分，并利用斯皮爾曼等級相關系數計算兩次評分的一致性，得到系數在0831～0881， p=0000<0001，均有顯著相關，評分者信度較高，數據可見表4。

3?研究結果分析

數據處理主要利用Excel 2010和SPSS 240軟件，利用單樣本χ2檢驗，比較不同水平上的學生人數差異，并用百分條圖展示人數分布，具體可見表4和圖1。

“問題與假設”要素表現

具體來看，處于水平3的學生最多，有51人，占486%，有將近一半的學生能完全理解“自制酸堿指示劑”的探究任務，清晰、明確、科學地表達假設，如“我認為紫甘藍可以用來制作酸堿指示劑”。水平2有46人，占438%，其表現大多和1號學生類似，能基本理解問題，但對假設的表述不夠準確、嚴謹，無法正確區分“現象”和“假設”。處于水平1的學生最少，只有8人，他們不管是在實驗報告的“問題與假設”欄目，還是在微視頻中，都沒有提出任何假設。究其原因，有個別是因為作業態度不認真，忽視了研究假設，還有個別是由于化學基礎水平較低，不知道如何進行假設。

“優選與設計”要素表現

由圖1可知，水平1的學生最少，只有5人，存在明顯的科學性錯誤。水平2有73人，占695%，人數最多，大都能根據既定的假設，選擇生活中簡便易得的用品，如紫甘藍、莧菜、葡萄、火龍果皮、牽?；ǖ阮伾^深的蔬菜、水果和花朵，作為酸堿指示劑的原料，用一次性杯子、碗碟作為反應容器，用筷子充當攪拌棒等;設計的實驗方案也基本合理，一般都是先通過酒精浸泡、煮沸、榨取等方式提取指示劑，然后再用白醋、食鹽水、洗潔精、肥皂液等家里常見的液體檢驗指示劑的顏色變化，但設計的方案新穎性不足。處于水平3的學生有27人，接近25%左右，他們選擇的用品簡便易得，探究方案科學合理，可行性強，而且在選材或方案設計上表現了一定的創意，如用礦泉水瓶、胡蘿卜作為搗碎植物用的杵，將月餅盒子鏤空制成試管架，利用吸管的虹吸原理量取液體等。

“操作與實踐”要素表現

本探究需要學生完成兩個主要操作： 一是，提取植物的汁液;二是，通過在不同酸堿性溶液中的顏色變化，驗證這種植物的汁液是否能作為酸堿指示劑，同時，該過程也一并檢驗了生活中常見物質的酸堿性。χ2（2， N=105）=41200， p=0000<0001，有極其顯著差異。

從圖1可知，學生在“操作與實踐”維度上的表現不是非常理想，處于水平3的只有30人，也即只有不到30%的學生能完整、規范、熟練地使用各種器材，成功完成實驗，并能靈活處理實驗操作中的偶發事件。水平2的學生居多，有64人，占610%，他們都能較完整地完成兩個任務，但是會缺少儀器、用品介紹等一些次要的步驟;實驗操作存在些許不規范的地方，如傾析法分離指示劑汁液時未考慮引流等。有11人處于水平1，實驗過程不完整，或是只有指示劑汁液提取的過程，忘記了指示劑的驗證，或是剛好相反，只有指示劑和白醋、洗潔精等檢測液的混合過程;實驗操作不夠規范，如有學生用筷子搗一次性紙杯中的蘋果，用力過猛導致紙杯被擊穿等。

“分析與推理”要素表現

就本探究任務而言，在“分析與推理”要素中需要學生結合自己制作的指示劑在不同酸堿溶液中的顏色變化，做出“選定的植物是否能作為酸堿指示劑”的論斷。研究得到χ2（2， N=105）=15829， p=0000<0001，差異極其顯著。

圖1顯示，處于水平2和水平3的人數相差不大，分別為47人和42人，占448%和400%?？梢?，在“分析與推理”方面，將近85%的學生能對實驗現象進行正確解釋，但其中卻只有一半能基于這些事實現象進行科學推理，得出準確的結論。例如，有學生只記錄了白醋、洗潔精、食鹽水在提取的紫甘藍溶液中的顏色變化，卻沒有進一步呼應假設，得出“紫甘藍可以作為酸堿指示劑”的結論;有些學生有推理和結論，但得出的結論卻不科學，如有人用茄子皮提取指示劑，實驗現象為“茄子皮提取液為棕黃色，加入小蘇打溶液中呈現淡黃色，加入白醋中呈橙黃色”，顏色變化并不明顯，茄子皮并不適合作為酸堿指示劑，但他卻接受了原來的假設。此外，還有16人處于水平1，沒有對實驗現象進行分析、推理和反思，缺少實驗探究結論。

“表達與交流”要素表現

與“操作與實踐”要素類似，只有30%左右的學生表現完美，不僅在實驗報告上內容完整、字跡清晰，實驗視頻清晰流暢，講解演示配合密切，而且對視頻還有技術處理。一半左右的學生處于中等水平，雖然實驗報告基本完整，實驗視頻清晰，但整體設計不夠完美，要么缺少語言講解，只有文字，要么缺少剪輯、美化等技術處理。而剩余20%左右的學生均處于水平1，或是缺少實驗報告，或是視頻展示不夠清晰，缺少講解和文字說明，或不夠連貫，視頻斷片卡殼嚴重。

具體來看，在105個微視頻中，有視頻剪輯、美化等后期處理的學生有46位，見圖2。如有學生為視頻添加了優美的背景音樂，有學生對關鍵操作和實驗現象進行了字幕說明，還有學生對時間較長的指示劑浸泡過程進行了剪輯處理，具有一定的信息技術處理能力。而在語言、文字等表達形式的綜合應用上，既有語言講解，又有文字說明的有12人;配合語言講解的有63人，人數最多;只有文字輔助說明的有13人;而兩者皆無的有17人，見圖3。可見，邊講邊實驗是學生在微視頻探究中的主要表現形式。

4?研究結論與展望

研究基于微視頻技術，利用PTA量表法，以“自制酸堿指示劑”實驗為載體，探查了高二化學選考生在“科學探究與創新意識”素養上的表現，結果發現： 學生的素養整體處于中等水平，不夠嚴謹、科學和完善。從人數分布看，除了“問題與假設”要素外，其余4個要素都是水平2上的比例最高。從具體表現看，學生能理解科學探究的任務，但對假設的表述還不夠科學，教師需要引導學生進一步理清研究假設、實驗現象、研究結論等概念之間關系;能合理選擇實驗用品、設計實驗方案，但創新意識還有待提升;能基本完成實驗的主要操作，但難免會存在遺漏次要步驟或操作不規范等缺陷，不夠細致嚴謹;能對實驗現象和過程進行分析、解釋和反思，但卻無法據此進行科學推理得出相應的結論，甚至忘記得出結論這一步驟，科學探究不僅包括客觀物質性的“動手”操作，還包括蘊含大量創造性思維和科學理性的“動腦”思考與“動嘴（筆）”論證[6]，可見，選考生的推理能力有待提高;在實驗表達方面，能基本完成書面實驗報告，清晰地展示實踐操作過程，邊講邊實驗者較多，技術美化的也不少，但語言講解、動手操作和技術處理等多種表達形式共同整合的卻不多，微視頻的整體設計還不夠完美。

研究只利用微視頻技術的表現性評價探查了選考生在“科學探究與創新意識”素養上的現狀，在后續研究中，將進一步探索性別、學業成績、其他選考科目等因素與該素養之間的相互關系及作用機制，嘗試采用課堂實驗探究、課外自主實驗、趣味實驗校本選修課等進行核心素養提升的實證研究。

參考文獻：

[1]?中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（實驗）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 2.

[2]?孔利華， 溫小勇， 焦中明. 微視頻支持下的“學—教”學習模式實驗研究——以“信息技術課程與教學論”為例[J]. 電化教育研究， 2015， （2）： 83～88.

[3]?竺麗英， 王祖浩. 基于微視頻技術的自主科學實驗能力評價研究[J]. 電化教育研究， 2016， 37（7）： 99～105.

[4]?中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 6.

[5]?文慶城， 許應華. 中學生化學猜想與假設能力的評價初探[J]. 化學教學， 2005， （Z1）： 42～44.

[6]?唐小為， 丁邦平. “科學探究”緣何變身“科學實踐”？ ——解讀美國科學教育框架理念的首位關鍵詞之變[J]. 教育研究， 2012， （11）： 141～145.